混動百科 | 1+1如何大於2?這輛保時捷開創了太多先河

前文中曾經提到,許多人對混動汽車有着『多此一舉』和『過渡技術』,其實是對混動技術不夠了解,因為在很多人眼裏,汽車的混動技術即是1+1的玩法(發動機+電動機),本章來看看100年前混動汽車給了我們多少啓示。

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「Lohner-Porsche」原型車設計圖紙(手繪)

我們還是從上篇文章中提到的保時捷「Lohner-Porsche Semper Vivus」談起,該車將2台DeDion Bouton水冷汽油「發動機」(每台動力約為3.5 hp(2.6 kW))裝在車身中間,用於驅動兩台「發電機」,每台「發電機」能在90V電壓下輸出20A的電流(每台發電機動力約為2.5 hp(1.84 kW)),「發電機」輸出的電能直接驅動「輪轂電機」,而剩餘的電能則流入車廂下方的「鉛酸電池」儲存起來。

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2007年保時捷博物館重造了「Lohner-Porsche Semper Vivus」

不過初代的「Lohner-Porsche」也存在着不少的問題,比如:

1.車重過重:超過1200kg的車重,當時的充氣輪胎表示壓力山大,因為當時的橡膠技術還不足以滿足「Lohner-Porsche」對於路況的需求;

2.控制差:由於是第一次混動技術的嘗試,「發動機」與「發電機」,「發電機」與「蓄電池」,發電機與「輪轂電機」,蓄電池與「輪轂電機」之間的控制都面臨巨大的考驗,十分不穩定;

3.各種故障:由於「Lohner-Porsche」不僅是世界上第一輛混動汽車,而且還可以算得上是世界上第一輛『油改電』,即有「發動機」(還是2台)、「發電機」(也是2台)、「輪轂電機」(2台)還有「蓄電池」(由於後期多代改進沒有固定值,「蓄電池」大約有44-74單元),所以各種故障不斷,比如行駛時揚起的灰塵會引起「蓄電池」故障等。

雖然問題不斷,但我們在「Lohner-Porsche」上卻能找到混動汽車的許多延用至今的部件:

  • 「燃油發動機」:動力的源頭;
  • 「發電機」:動力源轉化的關鍵;
  • 「輪轂電機」:動力輸出的節點;
  • 「蓄電池」:能源儲存的介質。

而從「動力系統結構形式」來看,「發動機」連着「發電機」,「發電機」連着「輪轂電機」,三者像『一根線上的螞蚱』被「串」在了一起,在初中物理的電學部分,我們知道這種連接方式有個學名叫做「串聯」

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混動技術按動力系統結構形式的分類

沒錯,「Lohner-Porsche」就是一台「串聯式」混動汽車,至於目前常見的「串聯式」結構有何優劣勢,彙總了一張表格,有興趣深究的讀者可以仔細閲讀一下。

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增程式混動車型理想ONE動力總成及底盤概覽

不過,「Lohner-Porsche」並非上表中的提到的常規「串聯式」混動汽車,而是將電機(「輪轂電機」)作為唯一的驅動終點,所以,這讓人輕鬆地就能聯想到「增程式」混動汽車,比如目前比較熱銷的「理想ONE」和「嵐圖FREE」。

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增程式混合動力汽車的基本原理

關於「增程式」混動汽車,我們會在後文中詳細剖析,如果大家對「增程式」混動汽車很感興趣,請將『增程式』這3個字刷爆評論區,超過100個,我提前來肝這5000字。

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傳統汽車的啓動系統和充電系統

回到「Lohner-Porsche」這輛車上,除了其獨特的混動結構,它還給後人留下了一個特別有趣的設計細節——「發電機」通過逆向旋轉可作為「發動機」的「啓動電機」。而這種「啓動電機」思路幾乎原封不動地保留到了現在,較之傳統燃油汽車上的使用的小功率「啓動機」(如上圖所示),現在的混動汽車更喜歡在「發動機」前端的皮帶上配置一個加強「啓動電機」——「BSG電機」

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按油電混合度劃分,微混車型正在逐步消失

這裏要多提一句,通常情況下「BSG電機」作為「P0電機」功率集中在8~15kw區間,而目前國內廠商將把「BSG電機」的最大功率提升到了25kW,使其能輸出60N·m的最大扭矩,做到了在怠速啓停的基礎上,「BSG電機」可以做到帶動車輛起步,實現純電啓停,甚至介入到換擋、發電和助力加速的工作中,大有一番『大力出奇跡』的趨勢。

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奔馳M254動力總成中的ISG電機,可驅動汽車

故此,隨着「BSG電機」功率越做越『大』,原來發揮着低速驅動汽車的「P1電機」(又稱「ISG電機」一般情況下功率在20~40kW之間),頓感背脊發涼,難道「BSG電機」要道出『籤哥』那句『我的很大,你忍一下』……

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百年前「Lohner-Porsche」上的「輪轂電機」

最後,「Lohner-Porsche」上使用的「輪轂電機」絕對是一種『超前』的設計。我們知道「輪轂電機」技術將集成了「減速器」的「電機總成」,將其直接佈置在「輪轂」中,從而直接驅動車輪,相比傳統汽車的佈局,「輪轂電機」技術優點在於:

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對某些司機而言,這可能是輪轂電機最實用的功能

1.減少組件內耗,提升動能回收:減去了差速器、半軸和二級變速等組件,減輕(簧下)重量,減少組件之間的磨損帶來的能力損耗,提高了傳動效率。同時在剎車時,動能回收效率更高;

2.實現扭矩矢量控制:解釋起來比較複雜,舉個直觀的例子,「輪轂電機」技術可讓汽車更容易實現原地側向移動,從此科二考試不再有『側方停車』這個項目(如上圖)。

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不曾放棄對輪轂電機的嘗試,相信總有一天會普及

可惜,「輪轂電機」有着明顯的『硬傷』——穩定性堪憂,壽命短。由於「輪轂電機」直接暴露在車輛底盤中,極為惡劣的工況,對其的密封防水性、抗腐蝕性、冷卻散熱性都有更高的要求。故此,至今「輪轂電機」還未普及,有興趣的朋友可以根據上圖給到的線索,深究「輪轂電機」背後有趣的故事,抑或在評論區回覆『輪轂電機』,超過100個,我開一篇番外來淺談一下。

暫告一段落

沒想到竟然用了一整篇文章聊了一輛100多年的混動汽車,在撰文的過程中,我愈發感到「Lohner-Porsche」的有趣,感嘆設計師的奇思妙想。希望各位讀者會喜歡本人發散性的寫作風格。不過讀到這裏的朋友應該也會發現,本章中我也留下很多坑,比如並未詳細解釋什麼是「P0電機」、「P1電機」等。別急,下期我們就來好好來扯一扯。

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